1. Електричний розрахунок навантажувальної системи

Задамося величиною хвильового опору контуру:

ρ = 2 ∙ π ∙ f ∙ L₀ = 250 – 500 Ом

ρ = 350 Ом.

Обчислюємо індуктивність контуру L₀ :

L₀ = ρ / 2 ∙ π ∙ f = 350 / 2 ∙ π ∙ 433,9 ∙10⁶ = 0.13 мкГн.

На частоті сигналу f П – контур зводиться до вигляду, зображеному на рисунку 9, при чому L, L₀, C₀ знаходяться в співвідношенні:

2 ∙ π ∙ f ∙ L = 2 ∙ π ∙ f ∙ L₀ – 1 / 2 ∙ π ∙ f ∙ C₀.

Рис. 9.

Величиною L необхідно задатися відповідно до формули:

L > = = 28∙ 10^-9 ≈ 3 нГн.

Знаходимо С₀ :

С₀=1 / (4 ∙ π ²∙ f² ∙ (L₀ – L)) =1 / (4 ∙ π ²∙ (433.9 ∙10⁶)² ∙(0.13∙10^-6 – 3∙10^-9))=5 пФ.

Обчислюємо ємності С1 та С2:

С1 = = = =

= 52 пФ.

С2 = = = =

= 7.2 пФ.

Розрахуємо внесений в контур опір:

r_вн = = = 3.5 Ом.

Визначимо добротність навантаженого контура:

Q_н = ρ / (r₀ +r_вн ),

де r₀ - власний опір втрат контурної індуктивності L₀. Ця величина точно визначається при конструктивному розрахунку контурної котушки індуктивності, а на даному етапі можна прийняти r₀ = (1 ... 2) Ом = 1 Ом.

Q_н = ρ / (r₀ +r_вн ) = 350 / ( 1.5 + 3.5) = 70.

Знайдемо коефіцієнт фільтрації П – контура:

ф = Q_н ∙( n² –1 ) ∙ n = 70 ∙ ( 2² – 1) ∙2 = 420,

де n =2 для однотактної схеми підсилення.

Визначимо ККД навантажувальної системи:

η_к = r_вн / (r_вн + r₀) = 4.12 / ( 1 + 4.12) = 0.8.

4.2 Конструктивний розрахунок елементів навантажувальної системи

У процесі конструктивного розрахунку навантажувальної системи необхідно вибрати номінальні значення стандартних деталей ( С0 , С1 , С2), що входять в контур, і визначити конструктивні розміри контурної котушки L0

При виборі номінального значення конденсатора С₁ необхідно враховувати, що паралельно йому підключена вихідна ємність транзистора підсилювача потужності.

Для настройки контуру в резонанс і забезпечення оптимального зв'язку з навантаженням до складу ємностей С₀ і С₂ доцільно включити підстроювальні конденсатори. При включенні в ланцюг підстроювальних конденсаторів схема контуру набуде вигляду зображена на Рисунку 10 .

Рис. 10.

Номінальні значення елементів які входять в контур:

С₀ = 5 пФ; С2 =7.2 пФ.

Враховуючи, що вихідна ємність транзистора С_к = 4.1 пФ, ємність С₁ визначиться як С₁ = 52 – 4.1= 48 пФ, номінальне значення = 47 пФ.

Зробимо розрахунок контурної котушки:

Задамо відношення довжини намотування котушки (l) до діаметру намотування (D):

v = l / D = (0.5…2) = 1.25.

Визначаємо площу поздовжнього перерізу котушки S = l ∙ D по формулі:

S = P₁ ∙ η_к / K_s = 7.1 ∙ 0.78 / 0.5 = 11.1 см²,

де K_s = (0,1 – 1) – питоме теплове навантаження на 1 см² перерізу котушки, [Вт/см²].

Порахуємо l і діаметр D котушки:

см;

= 2.97 см.

Розрахуємо кількість витків контурної котушки:

= 2.7 ≈ 3,

де L₀ – індуктивність котушки в мкГн.

Визначимо діаметр дроту котушки d (мм):

I_к = U_k1 ∙2 ∙ π ∙ f ∙ C1 = 3.3 ∙2 ∙ π ∙433.9 ∙ 10⁶ ∙ 48 ∙ 10^-12 = 0.4 A;

d ≥ 0.18 ∙ I_к ∙ = 0.18 ∙ 0.4 ∙ = 0.33 мм ≈ 1 мм,

де U_k1 - амплітуда імпульсів колекторної напруги;

Ік - амплітуда контурного струму в амперах,

f - робоча частота в МГц.

Знайдемо власний опір втрат контурної котушки на робочої частоті:

r₀ = 0.97 Ом,

де f – рабоча частота, МГц; d – діаметр дроту, мм; D – діаметр котушки, мм.

Визначаємо ККД контуру:

η_к = r_вн / ( r₀ + r_вн ) = 3.5 / (1.25 + 3.5 ) = 0.74.